反应型卟啉基共价有机骨架的构建及杀菌应用

作     者：王孟超 

作者单位：江南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵旭

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：细菌感染 反应靶向 光热/光动力/化学联合杀菌 单线态氧 凝胶 

摘      要：细菌具有超强的适应能力和繁殖率,可在伤口处定植,引起严重的感染疾病,是世界范围内的一大健康威胁。抗生素的出现虽然有效降低了细菌感染的死亡率,但是也导致了耐药菌的出现。光疗包括光热治疗和光动力治疗,因其具有广谱抗菌活性、无耐药性、操作简单等优势,在细菌感染治疗中具有广阔的应用前景。然而,现在的光敏剂大多数缺乏对细菌的靶向能力,易对正常组织造成非特异性损伤。此外,由于光敏剂易在生理环境中发生聚集猝灭,且产生的单线态氧(O)具有较短的半衰期,导致治疗效果不佳。共价有机骨架因其具有有序的结构、孔径和易于功能化的特点,可以很好地解决传统光敏剂的缺点。因此本论文设计构建了丙烯酸酯功能化的卟啉共价有机骨架(TM),用于反应靶向的光热/光动力/化学联合杀菌。主要研究内容如下:构建了可与细菌黏附素蛋白反应的光热/光动力/化学联合杀菌于一体的TM。以光敏剂氨基卟啉作为提供光热和光动力能力的配体,以含有丙烯酸酯侧链的对苯二甲醛作为提供细菌黏附素靶向能力的配体,通过水热法合成了TM。通过光动力性能和光热性能的测定,发现TM的有序晶体结构可有效地避免卟啉单体的自聚集猝灭,有利于氧气的进入和O的运输,而且可有效增加卟啉的堆积密度,表现出了优异的光学性能。通过TM与黏附素蛋白类似物的反应,表明室温下TM中高活性的双键就可与巯基发生反应,这为细菌靶向提供了保障。此外,TM在模拟的生理环境中具有结构和性质稳定性,为后续的伤口感染处的杀菌奠定了基础。研究了TM的细菌杀伤能力。平板涂布、激光共聚焦显微镜和扫描电子显微镜的结果显示TM在黑暗下具有一定的化学杀菌能力,可使大肠杆菌和黄色葡萄球菌的存活率下降超过10%,在白色LED灯的照射下(100 m W cm,30 min)两种菌的存活率几乎为零,且TM可粘附在细菌表面,固定细菌,使细菌失去定植和扩散能力。DCFH-DA指示剂的染色结果表明TM的杀菌作用与O的产生有关。以上结果为TM用于细菌感染的光热/光动力/化学联合杀菌提供了可能。实现了小鼠细菌感染伤口的光热/光动力/化学联合杀菌。将TM与明胶、海藻酸钠混合制得了TMG水凝胶,通过平板涂布实验发现TMG水凝胶具有与TM类似的杀菌能力,为其用于小鼠背部感染伤口的治疗提供了保障。TMG水凝胶在光照的辅助下,对金黄色葡萄球菌感染的伤口具有良好的治疗效果,可以加快伤口的愈合,降低炎症反应并且在治疗结束后未发现明显的体重变化和器官坏死,这拓宽了共价有机骨架材料的生物学应用,为新型杀菌材料的设计提供了新的策略。